過渡現象解析で追求する膜輸送タンパク質の多段階構造変化と輸送素過程の連関

通过瞬态现象分析探究膜转运蛋白多步结构变化与转运基本过程之间的联系

• 批准号: 22H02579
• 负责人: 菊川 峰志
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02579/
• 关键词: 膜輸送; イオンポンプ; 微生物ロドプシン

蛋白質の多くは、多段階の構造変化を経て機能を発現する。この機械のように働く蛋白質の仕組みを理解するため、本研究では、膜輸送蛋白質を研究対象とし、多段階の構造変化と、基質の各輸送ステップの関係の解明を目指している。試料としては、イオンポンプとして働く微生物ロドプシンを用いている。この蛋白質は、光で瞬間的に活性化できるため、短寿命で出現する種々の中間体を過渡応答解析によって検出できる。今年度は以下の成果を得た。1) Cl-ポンプロドプシン(ClR)の基質選択機構の解明輸送基質を選択的に結合する過程は、膜輸送蛋白質が起こす重要過程の一つである。今年度は、シアノバクテリア由来ClRの基質選択機構の解析を行った。このClRを含めて、全てのClRは、暗状態において、輸送するCl-を内部に結合している。よって、この部位が基質選択を担当すると予想されていたが、種々のアミノ酸置換変異体を用いた解析によって、この役割は、タンパク質表面の基質取り込み口が担っていることを明らかにした。2) Na+ポンプロドプシン(NaR)の輸送ゲート機構の解明能動輸送を行う蛋白質は、内部を細胞内側と外側の溶液に交互に晒すことで、基質の取り込みと放出を行い、一方向輸送を実現すると考えられている。しかし、ゲートを担当する蛋白質部分や、ゲートを開閉する仕組みは多くの場合不明である。今年度は、NaRのゲート機構の解明を目指して、擬似Na+放出中間体の作製とその性質の過渡応答解析を行い、ゲート機構のモデルを構築した。NaRの表面には、３つのヘリックスを結ぶ３残基からなるクラスターが存在する。このクラスター、および、周辺アミノ酸の置換変異体を用いた解析を行った。その結果、クラスターが崩壊すると、一連の構造変化が誘発され、最終的に蛋白質内部に位置するアルギニン側鎖が大きく向きを反転し、ゲート開口状態となることが示唆された。

Protein <s:1> multiple く, multi-stage <s:1> structural changes を and て functions を occur する. こ の mechanical の よ う に 働 く protein の blackstone group み を understand す る た め, this study で は, membrane transport protein を research like と seaborne し, multiple Duan Jie の structure - と and matrix の each conveying ス テ ッ プ の masato is の interpret を refers し て い る. Sample と し て は, イ オ ン ポ ン プ と し て 働 く microbial ロ ド プ シ ン を with い て い る. こ の protein は, light で instant に activeness で き る た め, short life appear で す る kind 々 の intermediates を transition 応 a parsing に よ っ て 検 out で き る. This year を the following を achievements た. 1) Cl - ポ ン プ ロ ド プ シ ン sentaku (ClR) の matrix organization の interpret transmission matrix を sentaku に combined す は る process, membrane transport protein が こ す important process の つ で あ る. This year, the 択, シアノバ, and テリア are derived from the ClR <s:1> substrate. Select the 択 institution <e:1> for analysis. Youdaoplaceholder3 rows った. こ の ClR を containing め て, whole て の ClR は, dark state に お い て, conveying す る Cl - を internal に combining し て い る. よ っ て, こ の parts が matrix sentaku を bear す る と to think さ れ て い た が, kind of 々 の ア ミ ノ acid replacement - variant を with い た parsing に よ っ て, こ の cut は, タ ン パ ク の substrate surface quality take り 込 み mouth が bear っ て い る こ と を Ming ら か に し た. 2) Na + ポ ン プ ロ ド プ シ ン (NaR) の conveying ゲ ー ト institutions の interpret the dynamic transmission line を う protein は, に と を cells inside the lateral の solution inside the interaction に sun す こ と で, matrix の り 込 み と release を line い, a direction of the conveying を be presently す る と exam え ら れ て い る. し か し, ゲ ー ト を bear す る protein part や, ゲ ー ト を open closed す る blackstone group み は く more unknown で の occasions あ る. Our は, NaR の ゲ ー ト institutions の interpret を refers し て, quasi Na + release intermediates の cropping と そ の nature の transition 応 a parsing を い, ゲ ー ト institutions の モ デ ル を build し た. There are する on the surface of NaR <s:1> に, 3 ヘリッ ヘリッ スを スを スを スを スを ぶ, 3 residues ヘリッ らなる ラスタ ラスタ が が が が が が が が が が が が が が が. Youdaoplaceholder2 ラスタ ラスタ, および, zhou 辺ア 辺ア ノ an acid <s:1> displacement variant を uses た た た to analyze the を line った. そ の results, ク ラ ス タ ー が collapse 壊 す る と, for の structure - が 発 lure さ れ, eventually に inside the protein, に す る ア ル ギ ニ ン side chain が big き く to き を inverse planning し, ゲ ー ト opening state と な る こ と が in stopping さ れ た.

项目成果

光駆動Cl－ポンプhalorhodopsin の基質放出・取込み中間体の同定

光驱动 Cl 泵盐视紫红质的底物释放和摄取中间体的鉴定

• 发表时间: 2022
• 作者: Chihaya Hamada;Keisuke Murabe;Takashi Tukamoto;Makoto Demura;Takashi Kikukawa
• 通讯作者: Takashi Kikukawa

Comparative study in thermodynamics of microbial proton-pumping rhodopsins identified in various temperature environments

不同温度环境下微生物质子泵视紫红质的热力学比较研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Ryouhei Ohtake;Kaori Kondo;Makoto Demura;Takashi Kikukawa;Takashi Tsukamoto
• 通讯作者: Takashi Tsukamoto

光駆動型Cl－ポンプ・ハロロドプシンの細胞質型ハーフチャンネルにおける高速Cl－輸送のメカニズム解明

阐明光驱动 Cl 泵盐视紫红质细胞质半通道中高速 Cl 传输的机制

• 发表时间: 2022
• 作者: Zhai Yubo;Anna Shimosaka;Takashi Tsukamoto;Makoto Demura;Takashi Kikukawa
• 通讯作者: Takashi Kikukawa

Essential residues for fast chloride ion transport of Natronomonas pharaonis halorhodopsin

Natronomonas pharaonis 盐视紫红质快速氯离子转运的必需残留物

• 发表时间: 2022
• 作者: Zhai Yubo;Anna Shimosaka;Takashi Tsukamoto;Makoto Demura;Takashi Kikukawa
• 通讯作者: Takashi Kikukawa

多様な温度環境に分布するプロトンポンプ型ロドプシンの熱力学的性質の網羅的解析

质子泵视紫红质在不同温度环境下分布的热力学性质综合分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Ryouhei Ohtake;Kaori Kondo;Makoto Demura;Takashi Kikukawa;Takashi Tsukamoto
• 通讯作者: Takashi Tsukamoto